Si nous avons déjà beaucoup entendu parler des étonnantes propriétés du graphène, le super matériau par excellence n’a pas encore trouvé son voix vers des produits commerciaux, car il est trop délicat pour les conditions du monde réel. Aujourd’hui, grâce à une découverte fortuite qui va sûrement changer la donne, des scientifiques du Laboratoire national de Brookhaven (BNL) ont constaté que le placement de graphène sur le dessus d’un verre de qualité industrielle classique est un moyen peu cher et efficace de le rendre élastique et adaptable, ouvrant la voie à la production de produits électroniques à base de graphène sur une grande échelle.
Une des raisons du succès du silicium dans l’industrie des semi-conducteurs est qu’il est facilement adaptable par un processus connu sous le nom de « dopage. » Cela implique l’ajout d’infimes concentrations (aussi faibles que quelques éléments par milliard) d’impuretés chargées positivement ou négativement qui modifient les propriétés électriques du silicium. Le dopage est un excellent outil pour adapter un semi-conducteur à une application spécifique, même si c’est un processus délicat et coûteux qui ajoute à la complexité de la matière et peut diminuer sa durée de vie.
Le graphène possède d’excellentes propriétés électriques, thermiques et mécaniques qui le rendraient bien meilleur par rapport au silicium dans de nombreux domaines. Cependant, le dopage du graphène se révèle une tâche très difficile, car le matériau (assez délicat au début, étant seulement d’un seul atome d’épaisseur) se dégrade après quelques semaines d’exposition à l’environnement.
Heureusement, des chercheurs du BNL, Matthew Eisaman et ses collègues ont travaillé sur une cellule solaire à base de graphène et sont tombés sur une solution peu cher, efficace et durable qui peut ouvrir la voie à des batteries produites en série, des supercondensateurs et des panneaux solaires qui exploiter la puissance encore inexploité du graphène.
Les scientifiques ont construit une cellule solaire en plaçant du graphène par-dessus un matériau semi-conducteur fait d’un alliage de cuivre, indium, gallium et sélénium (CIGS), qui à son tour a été empilé sur verre sodocalcique (SLG), le même verre de qualité industrielle utilisé pour les fenêtres et les bouteilles. Lorsque les chercheurs ont mesuré la performance de base de la cellule avant de procéder à son dopage par du graphène, ils ont trouvé à leur grande surprise que le graphène avait déjà été dopé au niveau idéal.
Comme ils ont découvert plus tard, ce fut parce que les ions de sodium dans le verre se sont spontanément transférés dans le semi-conducteur de CIGS par contact avec la surface, et de là vers le graphène, créant une concentration des impuretés qui sont arrivées à doper le graphène dans la bonne concentration.
Fondamentalement, cette méthode ne nécessite pas à de haute température, de processus chimiques ou à vide, et le dopage est resté fort, même lorsque la cellule a été exposée à l’air pendant plusieurs semaines. Qui plus est, la même méthode pourrait également être appliquée à des combinaisons de semi-conducteurs et d’autres substrats que le CIGS et le verre, où la concentration d’impuretés dopantes qui atteignent le graphène peut être affinée par l’insertion d’une couche isolante de la bonne épaisseur.
«Nous croyons que ce travail pourrait progresser de manière significative vers le développement de technologies de graphène véritablement évolutif », a déclaré Matthew Eisaman.
La prochaine étape pour les chercheurs sera de démontrer le contrôle des concentrations de dopage et d’étudier davantage la durabilité du graphène traité dans des conditions réelles.
Les applications possibles pour l’électronique à base de graphène comprennent de meilleures cellules solaires, les OLED, les batteries et les supercapacités, ainsi que des puces plus rapides qui fonctionnent avec très peu d’énergie.
http://www.nature.com/articles/srep21070
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=11814
